专利名称：一种空分系统放空尾气发电装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及风力发电装置，特别是利用空分装置放空尾气进行发电、具有节
能减排效果的风力发电装置。
背景技术：
目前空分系统通过如下工艺流程分离空气1、空气经透平空气压縮机加压至 0. 52MPa，经空冷塔冷却后，经切换使用的分子筛吸附过滤除去0)2、水份、乙炔等杂质后，经 主换热器冷却至接近液化温度入下塔，由下塔和上塔分段精馏后在上塔得到三种气体，高 纯的氧气和氮气，以及含氧O. 3%的污氮气。氧气和一部分氮气作为产品气引到氧、氮压机。 而污氮气和剩余氮气一部分作为再生气源，对分子筛再生返吹后经消音器放空。 一部分作 为水冷塔干燥气源与水传热传质后自由放空。另外，空分系统由于后工序不正常时和用量 不均时，都存在一定的高压氧、氮的放散率，也通过与再生气同一消音器放空。现有空分行 业对此三种类型的放空废气是完全排放到大气中(流速为10米/秒左右)，没有经过任何 形式的能量回收，而它们占整个加工空气量的大部分，并且都具备相当的气体流动能(氮 气出塔压力17. 5KPa，污氮出塔压力18. 5KPa，高压氧、氮气放空压力更高达2. 3MPa)。由于 空分系统的运行必须保持连续性，所以一年除短时间的故障处理，运行时间至少在360天 以上。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种空分系统放空尾气发电装置，旨在将空分装置放空 尾气的动能转换为电能，以达到节能减排的要求。 本新型的目的是这样实现的一种空分系统放空尾气发电装置，包括，再生气排放 管经消音坑与放空管连通、水冷塔，水冷塔顶部气体出口经管道与放空管连通；风力发电装 置的风叶设置在放空管出口位置。 上述风力发电装置的结构为风叶安装在竖轴中部，竖轴上、下两端各连接有一发 电机。 上述再生气排放管上连接有高压氮气放空管以及高压氧气放空管，且高压氧气放
空管上还连接有一放空支管，放空支管上依次安装有电磁阀和独立消音器。
与现有技术相比，本新型的有益效果是 1、充分利用已有空分装置放空尾气(驰放气)的能量，通过本装置转换为电能，达 到节能减排效果。 2、构思新颖，结合空分装置现状，考虑放空尾气中温度和富氧情况，加以适当改 进，即将水冷塔出口气与放空再生气混合后放空，为风力发电机提供一个更好的工作环境。 3、本装置可以360天长时间运转，具有投资少、长时间稳定发电的优点。而现有风 力发电机受气候影响，正常运转发电时间较少，具有投资大、生产周期短的缺陷。 4、本新型变废为宝，对社会有节能减排作用，对企业起到了增收节支效果。[0012] 本新型的有益效果将结合具体实施方式
进一步阐述。
图1是本新型的结构示意图。
具体实施方式
附图中1、再生气排放管；2、高压氮气放空管；3、高压氧气放空管；4、独立消音 器；5、消音坑；6、(风力发电机)支架；7、发电机；8、风叶；9、干燥气源；10、冷却水；11、水 冷塔放空废气；12、放空管；13、水冷塔；14、电磁阀。 图1中，本新型包括再生气排放管1经消音坑5与放空管12连通，水冷塔13，水冷 塔13顶部气体出口经管道与放空管12连通；风力发电装置的风叶设置在放空管12出口位 置。冷却水10与干燥气源9分别从水冷塔13上部和下部进入水冷塔进出传热传质过程。 风力发电装置的结构为风叶8安装在竖轴中部，竖轴上、下两端各连接有一发电机7。再 生气排放管1上连接有高压氮气放空管2以及高压氧气放空管3，且高压氧气放空管3上还 连接有一放空支管，放空支管上依次安装有电磁阀14和独立消音器4。两个发电机7安装 在支架6上。 本新型利用小型风力发电机直接安装于放空管道出口 ，回收空分系统放空废气的 流动能，配以大容量的蓄电池以及逆变器。为压縮机房和分馏塔的照明用电提供部分电源。 在白天照明用电很少时，所发电量充满蓄电池后，多余电量并入电网，夜晚照明用电大时， 由蓄电池供电，不足部分由电网自动投入供电。 为实现上述过程，必须解决好以下两个问题。 1、因为分子筛活化再生的特性，再生污氮气须加热至18(TC左右，至分子筛再生气 出口处温度达到135t:左右。所以风电机须经常处于高温环境下工作(每4小时切换再生 一次，处于50°C 135。C以上高温区时间为1小时20分)。 2、由于高压氧气的不定时放空(因后序工况正常与否而定)有可能使风电机处于 一定的富氧环境下工作，这就为风电机的安全运行带来一定的隐患。 为了解决以上两个问题，可将现在空分装置分开放空的再生气量与水冷塔出塔 气量合至一处放空。因水冷塔放空气量多于再生气量且温度低于常温，两股放空气量混 合后，高温区的温度会显著下降，且富氧浓度也会明显降低，以30000mVh制氧机组为例 加工空气量为165000mVh ，提取氧、氮各30000mVh ，再生气量设定为412000m3/h ，则剩 余63000m3/h的气量经水冷塔放空。两股气混合后，最高温度能降低到80°C以下，为风 电机的正常运转创造了条件。同时，即使在氧气全部放空的前提下，它的浓度也由之前的 30000 + 41200X100%" 72. 8%，下降为30000 + 105000X100%" 28. 6%。而一般下工序
不用氧了 ，氮气也会有很大的放空量，会进一步稀释氧浓度，从而保证了风电机运行的安全 性。 经以上方法处理后，如经专业技术人员评估，风电机能在上述高温环境和可能的 富氧环境下长期稳定运行，则可使用常用的水平式风电机。如不能满足运行条件，可将风电 机作如下改进采用垂直式风力发电机，将风叶处于中间放空管道口，而发电机采用两个小 型发电机置于风轮转轴两端上。这样由传统的一个风轮带动一个发电机改为一个风轮带动两个发电机的转子转动发电，两个发电机处于放空管道两侧。这样就使风力发电机只有风
叶部分处于高温区，风轮部分采用能耐高温的材料就可以解决了。发电机部分既避开了高
温环境，又处于大气中正常氧浓度的环境里，能充分利用各种放空气体的流动能。 如经专业人员评估，富氧环境仍不能满足安全的需要时，可将氧气全部单独放空，
不加以利用，但风机功率与气流速度的立方成正比的，高压氧放空时流速更大，发电量更
多。可以用以下方法加以利用在氧气放空管道上设一旁通管道，并加装电磁阀，至另一单
独消音器，当透平氧压机的放空阀开度大于50%时，控制设定为旁通管道上的电磁阀自动
全开，让氧气从旁通放空。这样既保证了风电机的安全运行，又最大限度的利用了高压氧气
的流动能。 现有的风力发电机因地理环境，因天气状况才能加以利用。而且通常一年中工 作时间只有半年多，而现有空分系统越来越大型化，也更具有利用价值。以30000mVh氧 产量的空分设备而言，该空分系统加工空气量为165000mVh，氧、氮各提取30000mVh，则 剩余105000m3/h则为放空气流量。流量也可为105000 + 3600秒"29. 2m3/秒，在保证 空分系统出塔压力的前提下，流速可通过改善筒径的大小来改变。若流速为10m/秒左 右，则截面面积为"2. 92m、管道半径为0. 96m，根据《风力发电科普知识》读本介绍，现 在风力发电机对风能的利用率已达到95%，发电机的转换率已达47%，由此发电机功率 "1/2X 1. 225X2. 92 X 103X 95% X47%" 799W/h。因为风功率的大小，是与风速的立方 成正比的，风速越大，所产生的功率越大，而风速的大小与它放空前压力的高低是直接相关 的，所以根据不同厂家的氧、氮放散率不同，还会有相应的多发电量。空分系统必须保持连 续生产，除了事故、停车维修，一年的运行时间可达到24小时X360天=8640小时。由此 可见，一年可发电一万度电左右。 现在的空分厂都配置了停电保护照明电路，本身就备有充电电瓶作为停电电源， 将此系统与风力发电机的蓄电池部分合二为一，可节约改造成本。 具体实施时，须经风电技术人员准确测算正常风速以及高压气体放空时最高风 速，根据风功率曲线表设计出最佳功率的发电机以及出风口的形状、大小，并根据安全评估 确定使用哪一种方式，以保证既安全、方便实施，又高效的利用空分系统的放空废气。
权利要求一种空分系统放空尾气发电装置，包括，再生气排放管(1)经消音坑(5)与放空管(12)连通，水冷塔(13)，其特征是所述水冷塔(13)顶部气体出口经管道与所述放空管(12)连通；风力发电装置的风叶设置在放空管(12)出口位置。
2. 根据权利要求1所述一种空分系统放空尾气发电装置，其特征是所述风力发电装 置的结构为风叶(8)安装在竖轴中部，竖轴上、下两端各连接有一发电机(7)。
3. 根据权利要求1或2所述一种空分系统放空尾气发电装置，其特征是所述再生气排放管(1)上连接有高压氮气放空管(2)以及高压氧气放空管(3)，且高压氧气放空管(3) 上还连接有一放空支管，放空支管上依次安装有电磁阀(14)和独立消音器(4)。
专利摘要一种空分系统放空尾气发电装置，包括，再生气排放管经消音坑与放空管连通、水冷塔，水冷塔顶部气体出口经管道与所述放空管连通；风力发电装置的风叶设置在放空管出口位置。它考虑空分装置放空尾气中温度和富氧情况，对现有装置适当改造，而组成放空尾气发电装置，将放空尾气动能转换为电能，具有变废为宝、增收节支的作用。
文档编号F03D3/06GK201546903SQ200920242928
公开日2010年8月11日 申请日期2009年11月3日 优先权日2009年11月3日
发明者陈刚 申请人:陈刚